用可編程邏輯器件實現(xiàn)火警報警電路顯示系統(tǒng)

朱建武

摘 要 采用了大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?，用數(shù)字電路的設(shè)計方法，將優(yōu)先編碼器和七段數(shù)碼管結(jié)合在一起實現(xiàn)了火警報警顯示電路。

關(guān)鍵詞 FPGA 編碼器 優(yōu)先編碼器 七段數(shù)碼管 傳感器 開發(fā)板 集成電路

中圖分類號：TP202 文獻標(biāo)識碼：A

1設(shè)計要求

假設(shè)分別有八層樓，每層樓裝有一個火警報警傳感器，當(dāng)傳感器報警時，能在控制中心的顯示屏上顯示發(fā)生火警的樓層數(shù)，在FPGA開發(fā)板上模擬火警報警顯示電路。

2分析

此電路的設(shè)計需要用到8-3線二進制編碼器74LS148，顯示譯碼器74LS48，七段數(shù)碼管，QuartusII開發(fā)工具，Altera公司的FPGA實驗開發(fā)板。用I0、I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7變量分別代表八層樓的狀態(tài)，當(dāng)邏輯值為1的時候，代表該樓層失火，當(dāng)邏輯值為0的時候代表該樓層沒有失火。用Y0、Y1、Y2變量分別代表火警報警系統(tǒng)的三個輸出端，根據(jù)輸出端輸出不同的二進制的值從而可以判斷出火警發(fā)生的樓層數(shù)。

3大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?/p>

FPFA是一種可以編程的數(shù)字集成電路（IC，Integrated Circuit），其內(nèi)部集成上千百萬個門陣列供使用，在功能上可以取代傳統(tǒng)規(guī)模的IC芯片組合的方式實現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng);更重要的是，其現(xiàn)場可編程特性允許設(shè)計人員在工作現(xiàn)場完成對邏輯塊和連線的配置，實現(xiàn)或更改復(fù)雜的電子系統(tǒng)的功能，所有的FPGA結(jié)構(gòu)中都包含可配置的邏輯塊、可配置的I/O模塊和可編程互聯(lián)資源三個部分。

FPGA的主要開發(fā)流程：（1）設(shè)計輸入;（2）邏輯綜合;（3）功能仿真;（4）布局布線;（5）時序分析;（6）時序仿真;（7）編程及配置。

4存在的問題

（1）電路設(shè)計時考慮的是理想狀態(tài)，即樓層失火時不會出現(xiàn)兩層樓同時失火的情況，在現(xiàn)實中不會出現(xiàn)理想狀態(tài)只有一層樓失火的情況。

解決方案：使用優(yōu)先編碼器，即對優(yōu)先級別高的輸入條件進行編碼，輸入變量下標(biāo)值越大，優(yōu)先級別越高，在輸入變量中，I7的優(yōu)先級別最高，I0的優(yōu)先級別最低，當(dāng)同時出現(xiàn)多層樓失火的情況，先對優(yōu)先級別高的輸入變量編碼，即先顯示優(yōu)先級別高的樓層，再顯示優(yōu)先基低的樓層，依次顯示。

（2）8-3線二進制編碼器輸出端有三個，而顯示譯碼器輸入端有四個，如何將編碼器和顯示譯碼器連接到一起？

解決方案：將8-3線編碼器的輸出端Y2Y1Y0分別連接到顯示譯碼器四位輸入端的低三位里面，可以在七段數(shù)碼管上分別顯示0-7這八個數(shù)。

（3）樓層數(shù)不匹配的問題：七段數(shù)碼管依次顯示0-7這八個數(shù)字分別代表樓層數(shù)1-8層，如何讓數(shù)碼管能顯示出火警的真實樓層數(shù)？

解決方案：可以在8-3編碼器的輸出端上連接一個三位二進制的加法器，加法器設(shè)置初始值為001不變，即編碼器的輸出結(jié)果每次都會自動加一，從而保證七段數(shù)碼管的顯示樓層數(shù)與真實情況相匹配。

5總結(jié)

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，人工智能和大數(shù)據(jù)等新興行業(yè)的發(fā)展， FPGA必將成為應(yīng)用最廣泛的電子設(shè)計工具。